CN102746781A

CN102746781A - 一种全屏蔽红外线和紫外线聚氨酯纳米透明隔热涂料

Info

Publication number: CN102746781A
Application number: CN2012102465748A
Authority: CN
Inventors: 许钧强; 赵庆文
Original assignee: HUIZHOU CAITIAN CHEMICAL CO Ltd
Current assignee: HUIZHOU CAITIAN CHEMICAL CO Ltd
Priority date: 2012-07-16
Filing date: 2012-07-16
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2032-07-16
Also published as: CN102746781B

Abstract

本发明涉及一种全屏蔽红外线和紫外线聚氨酯纳米透明隔热涂料及制备方法，该涂料包括聚氨酯树脂40%～80%、纳米ATO分散体5%～30%、纳米LaB₆分散体1%～10%、纳米WO₃分散体1%～15%、助剂0.5%～3%和溶剂5%～20%。其制备方法是：把纳米ATO分散体、纳米LaB₆分散体及纳米WO₃分散体，按配方重量比依次滴加到聚氨酯树脂A组分中，搅拌分散15min～30min，再按配方比例加入流平剂、消泡剂、附着力促进剂、溶剂和固化剂B，搅拌得到一种全屏蔽纳米透明隔热涂料。该涂料适用于建筑玻璃、车用玻璃及水泥表面上隔热，既经济实用，又能全屏蔽紫外线和红外线，隔热性能非常显著。

Description

一种全屏蔽红外线和紫外线聚氨酯纳米透明隔热涂料

技术领域

本发明涉及功能纳米新材料，具体涉及一种全屏蔽太阳光红外和紫外线全波段的、以聚氨酯为成膜物、由多种纳米稀土材料和金属氧化物复合而成的透明隔热涂料及其制备方法,尤其涉及一种可涂覆在各种玻璃、塑料、金属及水泥表面上的透明隔热涂料。

背景技术

我国是能耗大国，每年消耗的能源相当于15亿吨标准煤，其中30％左右为建筑消耗，未采用节能技术的建筑玻璃,夏天的时候,太阳的热能可以直接在从窗户玻璃辐射到市内,冬天的时候,室内的热量又会以红外线的方式辐射到室外,所有要维持夏天及冬天室内的舒适温度,需要通过空调或取暖装置来实现,必然要消耗大量的能源。我国建筑物单位面积能耗是西方发达国家的3倍以上，而玻璃窗能量损耗占整个建筑物能耗的50％左右，即每年通过玻璃窗损耗的能量约2.25亿吨标准煤，相当于21个三峡电站年发电量。同时随着经济发展和生活水平的提高，空调、取暖装机量不断增加，建筑能耗的比例正不断上升。而高性能的选择性屏蔽材料可以使玻璃对光谱具有选择性透过功能，在能透过大部分可见光而不影响采光的前提下，又能阻挡红外光、远红外光、紫外光，阻断热辐射,从而降低空调或取暖装置的能耗，达到节能的目的。

太阳到达地面的辐射波段范围大约为200nm～2500nm，其中200nm～400nm为紫外线，400nm～800nm为可见光，800nm～2500nm为近红外线，而近红外又可分为短波近红外（800nm～1100nm）和长波近红外（1100nm～2500nm），人眼只对可见光有直接感知，所以要达到节能的目的，就需要尽可能的屏蔽红外线和紫外线屏，只可让可见光透过。

多种纳米稀土材料由于其特殊结构，具有较高的禁带宽和导电性能，因而具有一系列独特的光电性能，不同的纳米稀土材料在可见光区具有较高的透过率，但不同的纳米稀土材料对不同波段的红外线具有不同的反射率，同时又能吸收紫外线，是优良的光谱选择性材料。

现有的透明隔热技术多采用ITO、ATO作为屏蔽材料，但是这两种材料只能对长波近红外有屏蔽作用，对短波近红外及紫外线没有明显的阻隔，所以节能效果有限。

发明内容

为了克服以上缺点，本发明提供了一种全新的由纳米稀土、金属氧化物组成的透明隔热复配纳米材料体系制备而成的透明隔热涂料，经复配后的纳米材料，其对太阳辐射的全部近红外线及紫外线均有很好屏蔽效果，从而大大提升了节能效果。

本发明所选用的纳米材料中，纳米氧化锡锑在1300nm～2500nm（长波近红外线）间有较好的屏蔽作用；纳米六硼化镧在200nm～400nm（紫外线）及800nm～1300nm（短波近红外线）有非常好的屏蔽作用，却不会吸收太多的可见光；纳米氧化钨对人体有危害的、波长在200nm～400nm介于紫外线和γ射线间的电磁辐射X射线有很好的屏蔽作用，同时氧化钨对长波、短波近红外线均有一定屏蔽作用，可见光透过率高，因此，为了屏蔽所有的紫外线和近红外线，同时又要达到高的可见光透过率，上述三种材料按比例复配可以很完美的达到此目的。

本发明采用ATO/WO3/LaB6复合纳米材料为隔热剂，能屏蔽所有的紫外线和近红外线；采用合成聚氨酯为成膜物，涂膜的硬度、光泽度、附着力、干燥性、透明性和耐候性明显提高，提出了一种经济实用又具有优异的隔热性和良好透明性的可涂覆在各种建筑玻璃、车用玻璃、树脂、塑料、金属及水泥表面上的纳米透明隔热涂料。

为了解决上面所述的技术问题，本发明采取以下技术方案：本发明涉及一种全屏蔽红外线和紫外线聚氨酯纳米透明隔热涂料，以重量百分比计，其基本配方是：聚氨酯树脂40%～80%、纳米ATO分散体5%～30%、纳米LaB₆分散体1%～10%、纳米WO₃分散体1%～15%、助剂0.5%～3%和溶剂5%～20%。

其中，本发明所述的聚氨酯树脂选用溶剂型聚氨酯树脂，该树脂由组分A和固化剂B组成，组分A为聚酯多元醇、聚醚多元醇或羟基丙烯酸树脂；固化剂B为含有NCO的预聚体或含有NCO的多聚体聚合物。

纳米ATO分散体选用粒径为30nm～80nm、固含量为15%～30%的纳米ATO溶剂浆料。

纳米LaB₆分散体选用粒径为30nm～80nm、固含量为15%～30%的纳米LaB₆溶剂浆料。

纳米WO₃分散体选用粒径为30nm～80nm、固含量为15%～30%的纳米WO₃溶剂浆料。

助剂至少包括流平剂、消泡剂、附着力促进剂的一种或几种的组合；其中流平剂选用聚丙烯酸酯共聚物、氟改性丙烯酸酯共聚物及聚醚改性聚硅氧烷聚合物的一种或几种的组合；消泡剂选用非硅酮脂肪酸聚合物、改性聚丙烯酸聚合物、聚氧乙烯醚和改性聚硅氧烷；附着力促进剂选用聚氧基硅烷和氟表面活性剂聚合物。

溶剂选用醇类、酯类、酮类、烃类及醚类有机溶剂的一种或几种的组合。

本发明所述的纳米ATO分散体、纳米LaB₆分散体、纳米WO₃分散体，其基本配方是：纳米粉体15%～30%、分散剂2%～12%、溶剂40%～70%。其中所述的分散剂为多元酸性基团共聚物分散剂、高分子聚氨酯嵌段共聚物分散剂及含有阴离子亲和基团聚酯共聚物分散剂的一种或几种的组合。所述的溶剂选用酯类、酮类、烃类及醚类有机溶剂的一种或几种的组合。纳米分散体制备工艺为：按配方重量百分比计，依次加入溶剂、分散剂搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入纳米粉体，粉体加完后高速分散30min，开启纳米研磨机，进行循环研磨，研磨时间大约为13h～15h，得到中位粒径在40nm～80nm之间、固含量为15%～30%的纳米浆料。

本发明一种全屏蔽红外线和紫外线聚氨酯纳米透明隔热涂料制备工艺如下：把制好的纳米ATO分散体、纳米LaB₆分散体及纳米WO₃分散体，按配方重量比依次滴加到聚氨酯树脂A组分中，搅拌分散15min～30min，再按配方比例加入流平剂、消泡剂、附着力促进剂、溶剂和固化剂B，搅拌即制得一种全屏蔽红外线和紫外线聚氨酯纳米透明隔热涂料。

本发明的原理：将具有能全屏蔽所有的紫外线和近红外线的ATO/WO₃/LaB₆复合纳米材料通过一种载体涂覆在玻璃（或其它底材）表面，从而使玻璃（或其它底材）涂层具有高附着力和硬度，优异的耐候性，又能全屏蔽紫外线和红外线，高的可见光透过率和显著的隔热功能。

本发明的实施结果：参照国家相关标准，对本发明纳米透明隔热涂料的基本性能进行检测，结果显示本发明涂料所形成的涂层硬度能达到5H级，附着力为0级，耐热性、耐水性、耐候性良好。本发明采用纳米ATO/WO₃/LaB₆复合体系作为隔热材料的隔热涂层的紫外-可见光-红外透过光谱，透光性能在可见光范围内平均透过率大于80%；在350nm～400nm处的透过率为0%，在800nm～1000nm处的透过率为1%，在1000nm～2000nm处的透过率为2%，也就是说，涂层完全阻隔紫外线和红外线，只有可见光能透过涂层，所以隔热效果非常显著。若与空白玻璃的隔热性能比较，则涂有复合纳米透明隔热涂料的玻璃检测到测试箱内的温度降低10℃～13℃，因此本发明的复合纳米透明隔热涂料具有附着力强、硬度高、透光率好、全屏蔽紫外线和红外线及隔热性能非常显著的特点。

附图说明

图1是本发明实施例的隔热涂料与市面上采用ATO隔热材料的纳米透明隔热涂料涂覆后形成的涂层的紫外-可见光-红外透过光谱对比示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细描述，但是本发明不限于所给出的例子。

本发明所述的纳米ATO分散体制备工艺如下：二甲苯35%、醋酸丁酯20%、PMA 10%、分散剂（BYK-111）3%、分散剂（Tech-6202）7%、纳米ATO粉体25%。依次加入配方量的溶剂、分散剂并搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入纳米粉体，待粉体加完后高速分散30min，开启纳米研磨机，进行循环研磨，研磨时间大约为13h～15h，得到中位粒径在75nm左右、固含量为25%的纳米ATO分散体。

本发明所述的纳米LaB₆分散体制备工艺如下：二甲苯40%、醋酸丁酯20%、PMA 10%、分散剂（BYK-111）4%、分散剂（HSM-7161）6%、纳米LaB₆粉体20%。依次加入配方量的溶剂、分散剂并搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入纳米粉体，待粉体加完后高速分散30min，开启纳米研磨机，进行循环研磨，研磨时间大约为13h～15h，得到中位粒径在70nm左右、固含量为20%的纳米LaB₆分散体。

本发明所述的纳米WO₃分散体制备工艺如下：醋酸丁酯40%、PMA 32%、分散剂（BYK-111）3%、分散剂（HSM-7200）5%、纳米WO₃粉体20%。依次加入配方量的溶剂、分散剂并搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入纳米粉体，待粉体加完后高速分散30min，开启纳米研磨机，进行循环研磨，研磨时间大约为13h～15h，得到中位粒径在75nm左右、固含量为20%的纳米WO₃分散体。

按照表1的组分配方准备材料实施。

表1：三个实施例组分配方质量份

原料名称	实例1	实例2	实例3
				HDI聚氨酯树脂	65	—	—
IPDI聚氨酯树脂	—	65	—
				TDI聚氨酯树脂	—	—	70
25%纳米ATO分散体	15	15	12
				20%纳米LaB₆分散体	3	3	2
20%纳米WO₃分散体	7	7	8
				流平剂BYK-306	0.2	0.2	0.2
附着力促进剂	0.5	0.5	0.5
				消泡剂	0.3	0.3	0.3
混合溶剂	9.0	9.0	7.0

实施例1：

按照表1中实例1配方量在调漆桶中先加入聚氨酯树脂A组分，然后边搅拌边滴加纳米ATO分散体、纳米LaB₆分散体、纳米WO₃分散体，搅拌分散20min～30min，再按配方比例加入流平剂、消泡剂、附着力促进剂、溶剂和固化剂B，搅拌混合均匀后过滤即制得一种全屏蔽红外线和紫外线聚氨酯纳米透明隔热涂料。

实施例2和实施例3制备工艺参照实施例1。

按照国家相关标准，对本发明的纳米聚氨酯透明隔热涂料的基本性能进行检测，测试结果如表2所示。

表2 纳米聚氨酯透明隔热涂料基本性能测试结果

测试项目	测试结果	测试标准
			漆膜外观、颜色	蔚蓝、透明、平整	GB1927-79
硬度（铅笔）	≥5H	GB/T6739-1996
			附着力，级（划圈法）	0	GB/T1720-79
冲击强度，cm	50	GB/T1732-93
			柔韧性，mm	1	GB/T1731-93
耐水性，浸水48h	无明显变化	GB/T1733-93
			耐热性，100℃烘烤3h	漆膜无鼓泡、起皱、开裂、变色	GB/T1735-79

本发明采用纳米ATO/WO₃/LaB₆复合体系作为隔热材料的纳米聚氨酯透明隔热涂料与市面上采用ATO隔热材料的纳米透明隔热涂料涂覆后形成的涂层的紫外-可见光-红外透过光谱对比，如图1所示，其中，下部曲线为纳米ATO/WO3/LaB6醇酸树脂透明隔热涂料的曲线；上部曲线为普通的纳米ATO透明隔热涂料的曲线，本发明的涂层透光性能在可见光范围内平均透过率在70%左右；在200nm～380nm处的透过率为0%，在800nm～2000nm处的透过率为1%，也就是说，涂层完全阻隔紫外线和红外线，只有可见光能透过涂层，所以隔热效果非常显著。若与空白玻璃的隔热性能比较，则涂有复合纳米透明隔热涂料的玻璃检测到测试箱内的温度平均降低12℃，因此本发明的复合纳米透明隔热涂料具有附着力强、硬度高、透光率好、全屏蔽紫外线和红外线及隔热性能非常显著的特点。

尽管本发明已作了详细说明并引证了实施例，但对于本领域的普通技术人员，显然可以按照上述说明而做出的各种方案、修改和改动，都应该包括在权利要求的范围之内。

Claims

1.一种全屏蔽红外线和紫外线聚氨酯纳米透明隔热涂料，其特征在于：以重量百分比计，包括如下组分：聚氨酯树脂40%～80%、纳米ATO分散体5%～30%、纳米LaB₆分散体1%～10%、纳米WO₃分散体1%～15%、助剂0.5%～3%和溶剂5%～20%。

2.如权利要求1所述的一种全屏蔽纳米透明隔热涂料，其特征在于：所述的聚氨酯树脂选用溶剂型聚氨酯树脂，该树脂由组分A和固化剂B组成，组份A为聚酯多元醇、聚醚多元醇或羟基丙烯酸树脂；固化剂B为含有NCO的预聚体或含有NCO的多聚体聚合物。

3.如权利要求1所述的一种全屏蔽纳米透明隔热涂料，其特征在于：所述的纳米ATO分散体选用粒径为30nm～80nm、固含量为15%～30%的纳米ATO溶剂浆料。

4.如权利要求1所述的一种全屏蔽纳米透明隔热涂料，其特征在于：所述的纳米LaB₆分散体选用粒径为30nm～80nm、固含量为15%～30%的纳米LaB₆溶剂浆料。

5.如权利要求1所述的一种全屏蔽纳米透明隔热涂料，其特征在于：所述的纳米WO₃分散体选用粒径为30nm～80nm、固含量为15%～30%的纳米WO₃溶剂浆料。

6.如权利要求1所述的一种全屏蔽纳米透明隔热涂料，其特征在于：所述的助剂至少包括流平剂、消泡剂及附着力促进剂的一种或几种的组合；其中流平剂选用聚丙烯酸酯共聚物、氟改性丙烯酸酯共聚物及聚醚改性聚硅氧烷聚合物的一种或几种的组合；消泡剂选用非硅酮脂肪酸聚合物、改性聚丙烯酸聚合物、聚氧乙烯醚或改性聚硅氧烷；附着力促进剂选用聚氧基硅烷或氟表面活性剂聚合物。

7.如权利要求1所述的一种全屏蔽纳米透明隔热涂料，其特征在于：所述的溶剂选用酯类、酮类、烃类及醚类有机溶剂的一种或几种的组合。

8.如权利要求1、3、4或5所述的一种全屏蔽纳米透明隔热涂料，其特征在于：所述的纳米ATO分散体、纳米LaB₆分散体、纳米WO₃分散体，其基本配方是：纳米粉体15%～30%、分散剂2%～12%、溶剂40%～70%。

9.如权利要求8所述的一种全屏蔽纳米透明隔热涂料，其特征在于：所述的分散剂选用多元酸性基团共聚物分散剂、高分子聚氨酯嵌段共聚物分散剂及含亲和基团聚酯共聚物分散剂的一种或几种的组合。

10.如权利要求8所述的一种全屏蔽纳米透明隔热涂料，其特征在于：所述的溶剂选用酯类、酮类、烃类及醚类有机溶剂的一种或几种的组合。

11.如权利要求8所述的一种全屏蔽纳米透明隔热涂料，其特征在于：纳米分散体制备工艺为：按配方重量百分比计，依次加入溶剂、分散剂搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入纳米粉体，粉体加完后高速分散30min，开启纳米研磨机，进行循环研磨，研磨时间大约为13h～15h，得到中位粒径在40nm～80nm之间、固含量为15%～30%的纳米浆料。

12.如权利要求2所述的一种全屏蔽纳米透明隔热涂料，其特征在于：纳米透明隔热涂料制备工艺为：按配方重量百分比计，把纳米ATO分散体、纳米LaB6分散体及纳米WO3分散体，依次滴加到聚氨酯树脂A组分中，搅拌分散15min～30min，再按配方比例加入流平剂、消泡剂、附着力促进剂、溶剂和固化剂B，搅拌即得到一种全屏蔽红外线和紫外线聚氨酯纳米透明隔热涂料。